DE3787631T2

DE3787631T2 - Device for storing and handling drill pipes between horizontal and vertical position.

Info

Publication number: DE3787631T2
Application number: DE3787631T
Authority: DE
Inventors: Brian Kim Simpson
Original assignee: Strachan and Henshaw Ltd
Current assignee: 2019 S&H Ltd
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2007-12-11
Also published as: NO875264L; ES2046210T3; JPS63233192A; KR880007895A; KR940008639B1; NO875264D0; EP0272850A3; GB8630096D0; EP0272850B1; EP0272850A2; DE3787631D1; US4854400A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bohrgestelle und die Handhabung von Ausrüstung an Bohrplätzen.The present invention relates to drilling rigs and the handling of equipment at drilling sites.

Die Bandbreite der Arbeiten zum Bohren von Gas- und Ölbohrlöchern erfordert beträchtliche Ausrüstungs- und Zeitressourcen. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Schaffung einer Vorrichtung, welche den effizienten Einsatz von Bohranlagen unterstützen kann.The range of work involved in drilling gas and oil wells requires considerable equipment and time resources. The present invention is concerned with creating a device that can support the efficient use of drilling rigs.

Einer der Faktoren, die die Effizienz beschranken, liegt in den Fähigkeiten mechanischer Handhabungssysteme, die effizient mit den schwerfalligen Bestandteilen umgehen können, mit denen ein Bohrloch gebohrt wird und ausgelegt ist.One of the factors limiting efficiency is the ability of mechanical handling systems to efficiently handle the cumbersome components with which a well is drilled and designed.

Insbesondere werden die langlichen rohrförmigen Elemente zum Bohren eines Bohrlochs und zum Auslegen des Bohrlochs normalerweise aus einer Reihe praktischer Gründe in einer horizontalen Position transportiert und gelagert und müssen dann aufgestellt werden, um koaxial mit dem Bohrstrang angeordnet zu sein, wenn sie zum Einsatz kommen.In particular, the elongated tubular elements used for drilling a borehole and lining the borehole are normally transported and stored in a horizontal position for a number of practical reasons and must then be erected to be coaxial with the drill string when deployed.

Es ist bekannt (US-Patente 4403879, 4303270, 403879, 4303270, 4403666 und 4407629), einen Rohrausleger vorzusehen, der rohrformige Elemente aus einer horizontalen Position in eine vertikale Position schwingt. Während der Ausleger horizontal steht, werden die Rohre in Greifbacken des Auslegers angeordnet oder laufen gelassen. Während die Backen das Rohr halten und stützen, wird der Ausleger in eine aufrechte Position geschwenkt, die das Rohr zur Bohrachse bringt. Eine derartige Handhabungsausrüstung ist jedoch nur beschränkt einsetzbar. In den meisten Fällen ist es dennoch notwendig, Handhabungseinrichtungen zu schaffen, welche die einzelnen Rohrelemente hochheben und sie in den Backen des horizontalen Auslegers anordnen. Bei der US-PS-4407629 ist es, obwohl vorgesehen ist, daß jedes rohrförmige Element in die Backen rollt, wenn ein Bohrstrang in der Folge zerlegt wird, dennoch notwendig, daß weitere Handhabungseinrichtungen vorhanden sind, um die einzelnen Elemente hochzuheben, um sie aus den Backen zu entfernen.It is known (US patents 4403879, 4303270, 403879, 4303270, 4403666 and 4407629) to provide a pipe boom which swings tubular elements from a horizontal position to a vertical position. While the boom is horizontal, the pipes are placed or run in gripping jaws of the boom. While the jaws hold and support the pipe, the boom is swung to an upright position which brings the pipe to the drilling axis. However, such handling equipment has only limited uses. In most cases, it is nevertheless necessary to provide handling devices which lift the individual pipe elements and place them in the jaws of the horizontal boom. In US-PS-4407629, although it is intended that each tubular element rolls into the jaws as a drill string is subsequently disassembled, it is nevertheless necessary to have additional handling means to lift the individual elements in order to remove them from the jaws.

Die US-PS-3702640 beschreibt eine weitere Anordnung zur Handhabung rohrförmiger Elemente, die einen Ausleger oder Träger umfaßt, der zwischen horizontalen und vertikalen Positionen schwenkbar ist und streckbare Zwingen für die rohrförmigen Elemente aufweist, so daß die Elemente zur Bohrachse vorgebracht werden können, wenn der Ausleger vertikal steht. Wie bei den anderen oben beschriebenen Auslegern ist es notwendig, Handhabungseinrichtungen vorzusehen, um die rohrförmigen Elemente in die Zwingen und aus diesen heraus zu bringen. Die GB-PS-941961 beschreibt einen ähnlichen schwenkbaren Ausleger, bei dem die Zwingen durch eine Verbindung für parallele Bewegung streckbar sind und der ein ahnliches beschränktes Handhabungsvermögen aufweist.US-PS-3702640 describes another arrangement for handling tubular elements, which comprises a boom or support which is pivotable between horizontal and vertical positions and has extendible clamps for the tubular elements so that the elements can be advanced towards the drilling axis when the boom is vertical. As with the other booms described above, it is necessary to provide handling means to move the tubular elements in and out of the clamps. GB-PS-941961 describes a similar pivoting boom in which the clamps are extendible by a linkage for parallel movement and which has a similar limited handling capability.

Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Vorrichtung zur Handhabung länglicher rohrförmiger Elemente zum Bohren eines Bohrlochs und/oder Auslegen eines Bohrlochs geschaffen, die Einrichtungen zum Transportieren aufeinanderfolgender Elemente aus einer im allgemeinen horizontalen Position in eine aufrechte Position umfaßt, um die Elemente an der Bohrachse aneinander zu befestigen, wobei die Transporteinrichtung einen länglichen Arm umfaßt, der zwischen horizontalen und vertikalen Positionen und auch um seine eigene Achse schwenkbar ist, wobei der Arm Klemmeinrichtungen zum Halten eines einzelnen Elements trägt, wobei die Klemmeinrichtungen zur Längsachse des Arms hin und von dieser weg verschiebbar sind, wodurch, wenn der Arm sich in einer horizontalen Position befindet, seine Klemmeinrichtung nach unten ausgestreckt werden kann, um in ein rohrförmiges Element unter dem Arm einzugreifen, und der Arm dann in die aufrechte Position geschwenkt und um seine eigene Achse gedreht werden kann, um das Element der Bohrachse zuzuwenden, so daß durch das Ausstrecken der Klemmeinrichtung das aufrechte Element zur Bohrachse vorgebracht werden kann, um es mit einem weiteren länglichen Element auf der genannten Achse zu verbinden.According to the present invention there is provided apparatus for handling elongate tubular members for drilling a borehole and/or lining a borehole, comprising means for transporting successive members from a generally horizontal position to an upright position for securing the members together at the drilling axis, the transport means comprising an elongate arm pivotable between horizontal and vertical positions and also about its own axis, the arm carrying clamping means for holding a single member, the clamping means being slidable towards and away from the longitudinal axis of the arm, whereby when the arm is in a horizontal position its clamping means can be extended downwards to engage a tubular member beneath the arm and the arm can then be pivoted to the upright position and rotated about its own axis to face the member towards the drilling axis so that extension of the clamping means advances the upright member towards the drilling axis. to connect it to another elongated element on the mentioned axis.

Vorzugsweise ist der Transportarm aus der Position, in der das längliche rohrförmige Element der Bohrachse zugewandt wird, in entgegengesetzte Richtungen drehbar, so daß der Arm Elemente, die auf beiden Seiten einer zentralen vertikalen Ebene durch die Bohrachse und den Transportarm horizontal liegen, hochheben kann.Preferably, the transport arm is rotatable in opposite directions from the position in which the elongate tubular element faces the drilling axis so that the arm can lift elements lying horizontally on either side of a central vertical plane through the drilling axis and the transport arm.

Anhand von Beispielen wird eine an Land aufgestellte Anordnung gemäß vorliegender Erfindung unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:By way of example, a land-based arrangement in accordance with the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in which:

Fig. 1 eine Draufsicht der Anordnung ist,Fig. 1 is a plan view of the arrangement,

Fig. 2 ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 ist;Fig. 2 is a section along the line A-A in Fig. 1;

die Fig. 3 und 4 ein seitlicher Aufriß und eine Draufsicht von oben, in einem größeren Maßstab des Handhabungsauslegers der Anordnung sind,Figures 3 and 4 are a side elevation and a top plan view, on a larger scale, of the handling boom of the arrangement,

Fig. 5 eine detaillierte Darstellung ist, die einen der Greifer des Auslegers in einer ausgestreckten Position zeigt,Fig. 5 is a detailed view showing one of the boom’s grippers in an extended position,

die Fig. 6 und 7 eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines der Greifer des Auslegers sind, undFigures 6 and 7 are a top view and a side view of one of the grippers of the boom, and

Fig. 8 einen Greifer für ein Rohr mit größerem Durchmesser zeigt.Fig. 8 shows a gripper for a pipe with a larger diameter.

Das Bohrgestell umfaßt eine ebene Basis 2, die aus Stahlteilen als ein Gitter aus Zellen 4, beispielsweise mit einem Zwischenraum von 3 m im Quadrat, konstruiert ist. Einstückig mit den in eine Richtung laufenden Gitterelementen ausgebildet oder an diesen befestigt befindet sich eine Reihe paralleler Schienen 6. Innerhalb des Gitters ist eine numerierte Gruppe von Zellen gezeigt, in diesem Fall eine rechteckige Gruppe aus 12 Zellen, die als Bohrstationen für einen Bohrturm 8 zugeteilt sind, welcher der Reihe nach über jeder der Stationen angeordnet wird, um in einem bekannten Arbeitsmuster von der durch die Basis 2 geschaffenen festen Plattform Bohrlöcher zu bohren.The drilling rig comprises a flat base 2 constructed from steel members as a grid of cells 4, for example spaced 3 m square. Formed integrally with or attached to the unidirectional grid elements is a series of parallel rails 6. Within the grid is shown a numbered group of cells, in this case a rectangular group of 12 cells, allocated as drilling stations for a derrick 8 which is arranged in turn over each of the stations to drill boreholes in a known working pattern from the fixed platform created by the base 2.

Die länglichen Elemente, die zum Bohren und Auslegen eines Bohrlochs verwendet werden, im Bohrlochbau allgemein als Rohre bzw. Röhren bezeichnet, werden in Transportrahmen oder Verstärkungsunterlagen 20 zugeführt, die jeweils eine Anzahl von Röhren tragen, und diese werden an der Basis an gegenüberliegenden Seiten des Bohrturms in Lagerpositionen 18 gehalten. Zum Bohren eines Bohrlochs umfassen die Röhren Bohrgestelle und Schwerstangen, die den Bohrstrang formen, an dem der Bohrkopf befestigt ist, sowie Gehäuseabschnitte zum Auslegen des Bohrlochs. Im Fall einer Bohrinsel können sie auch Steigleitungen umfassen, die ein Außenrohr bilden, in dem der Bohrstrang betrieben wird. Zu gegenüberliegenden Seiten des Bohrturms sind an der Basis für die Röhren, allgemein mit der Bezugszahl 22 bezeichnet, bzw. für Gehäuseabschnitte 24The elongated members used to drill and line a well, generally referred to in well construction as pipes, are fed into transport frames or support pads 20 each carrying a number of pipes, and these are held in storage positions 18 at the base on opposite sides of the derrick. For drilling a well, the pipes include drill rigs and collars which form the drill string to which the drill head is attached, and casing sections for lining the well. In the case of a drilling rig, they may also include risers which form an outer pipe in which the drill string is operated. On opposite sides of the derrick, at the base, there are support frames for the pipes, generally designated by the reference numeral 22, and casing sections 24, respectively.

in ihren Verstärkungsunterlagen erhöhte Stützen 26 vorgesehen. Die Verstärkungsunterlagen 20 sind in parallelen Reihen angeordnet, mehrere Einheiten hoch aufgestapelt, vorzugsweise so, daß die nähere Kante einer jeden Reihe nur einen Bruchteil des Gitterzwischenraums vom Bohrturm beabstandet ist. Die Achsen der Röhren 22, 24 liegen in rechten Winkeln zu diesen Kanten. Bezugszahl 20a in Fig. 1 bezeichnet einfach einen Raum zum Lagern leerer Verstärkungsunterlagen.in their reinforcement supports raised supports 26 are provided. The Reinforcing pads 20 are arranged in parallel rows, stacked several units high, preferably such that the near edge of each row is only a fraction of the grid spacing from the derrick. The axes of the tubes 22, 24 are at right angles to these edges. Reference numeral 20a in Fig. 1 simply designates a space for storing empty reinforcing pads.

Der Bohrturm 8 ist an einem Basisrahmen 28 befestigt, der auf der Basis 2 aufruht. Die Bohrturm-Gitteranordnung ist an einer Seite offen, die einem Handhabungsausleger 30 zugewandt ist, durch den die einzelnen Röhren aus den Verstärkungsunterlagen gehoben werden und zum Zusammenbauen an die Bohrachse D gebracht werden. Der Ausleger ist durch einen Drehring 32 am Basisrahmen 28 montiert, der durch einen hydraulischen Motor 34 angetrieben werden kann, um den Ausleger um 90º um eine Achse 32a auf beide Seiten der Mittelposition zu drehen, in der ein Paar vom Ausleger vorragende Greifer 36 zum Bohrturm hin gerichtet ist. Der Ausleger weist auch ein horizontales Zapfengelenk 38 unmittelbar oberhalb des Drehrings auf. Durch Hydraulikzylinder 38a kann der Ausleger an diesem Gelenk von der gezeigten vertikalen Position in eine horizontale Position geschwungen werden.The derrick 8 is attached to a base frame 28 which rests on the base 2. The derrick lattice assembly is open on one side facing a handling boom 30 by which the individual tubes are lifted from the reinforcing pads and brought to the drilling axis D for assembly. The boom is mounted to the base frame 28 by a rotating ring 32 which can be driven by a hydraulic motor 34 to rotate the boom 90º about an axis 32a either side of the central position in which a pair of grippers 36 projecting from the boom are directed towards the derrick. The boom also has a horizontal pivot joint 38 immediately above the rotating ring. Hydraulic cylinders 38a can swing the boom at this joint from the vertical position shown to a horizontal position.

Die beiden Greifer 36 sind an Gleitstücken 42 auf dem Ausleger montiert. Hydraulik-Heber 40 zwischen den Gleitstücken und dem Ausleger können die Greifer 36 gemeinsam vom Ausleger nach außen ausstrecken. Zumindest einer der Greifer 36 ist mit seinem Gleitstück 42 entlang dem Ausleger beweglich, um den Abstand zwischen den Greifern zu variieren, z. B. durch Zahnstangenmechanismen 41 zwischen den Gleitstücken und dem Ausleger.The two grippers 36 are mounted on sliders 42 on the boom. Hydraulic jacks 40 between the sliders and the boom can extend the grippers 36 together outwards from the boom. At least one of the grippers 36 is movable with its slider 42 along the boom in order to vary the distance between the grippers, e.g. by rack and pinion mechanisms 41 between the sliders and the boom.

Als ein austauschbarer Teil eines jeden Greifers ist eine Greifbacke 44 montiert, die einen Träger 46 umfaßt, durch den die Backe an ihr Gleitstück 42 geschraubt werden kann. Ein Paar Greifarme 48 ragt aus dem Träger hervor und ist an ihm durch jeweilige Drehzapfen 47 montiert. An den äußeren Enden der Arme befinden sich Drehzapfen 50 für jeweilige Klemmfinger 52. Die Arme können an ihren Drehzapfen durch eine Spannschraubenvorrichtung 54 auf einen erforderlichen Winkel eingestellt werden, um sie auf einen Bereich von Röhrendurchmessern einzustellen. In Fig. 6 sind die jeweiligen Arme in gegenüberliegenden Einstellungsendgrenzen gezeigt, es soll jedoch verstanden werden, daß sie jederzeit in gleichen und entgegengesetzten Winkeln zur Mittelebene zwischen ihnen liegen. Am inneren Ende eines jeden Arms ist durch Achszapfen ein Schwenkbolzen 56 angebracht, der mit Gewinde versehene Bohrungen 58 aufweist, durch die sich eine Schraube 60 der Spannschraubenanordnung erstreckt, die in die beiden Schwenkbolzen mit Schraubengewinden in entgegengesetzten Richtungen eingreift. Auf ihrer Länge auf halbem Weg zwischen den Bolzen 56 geht die Schraube 60 durch Abstandslöcher in Anordnungsplatten 62 hindurch, die am Träger befestigt sind, und zwischen diesen Platten weist sie einen vergrößerten Abschnitt 64 auf, so daß sie durch die Platten axial angeordnet ist. Durch einen Kopf 66 an einem Ende kann die Schraube gedreht werden und, da sie axial feststehend ist, bewegen sich die Schwenkbolzen entlang der Schraube in entgegengesetzte Richtungen, während sie gedreht wird, wodurch die Arme 48 gemeinsam nach innen und außen geschwenkt werden, um sie auf den Abstand einzustellen, der für einen bestimmten Röhrendurchmesser erforderlich ist.Mounted as a replaceable part of each gripper is a gripping jaw 44 which includes a bracket 46 by which the jaw can be bolted to its slide 42. A pair of gripping arms 48 project from the bracket and are mounted thereto by respective pivots 47. At the outer ends of the arms are pivots 50 for respective clamping fingers 52. The arms can be adjusted at their pivots by a tightening screw device 54 to a required angle to accommodate them to a range of tube diameters. In Fig. 6 the respective arms are shown in opposite adjustment limits, but it is to be understood that they can be adjusted at equal and opposite angles to the central plane between them. At the inner end of each arm is mounted by journals a pivot pin 56 having threaded bores 58 through which extends a screw 60 of the tension screw assembly which engages the two pivot pins having screw threads in opposite directions. Halfway along its length between the pins 56, the screw 60 passes through clearance holes in assembly plates 62 secured to the carrier and between these plates it has an enlarged portion 64 so that it is axially disposed through the plates. A head 66 at one end enables the screw to be rotated and, being axially fixed, the pivot pins move along the screw in opposite directions as it is rotated, thereby pivoting the arms 48 in and out together to adjust them to the clearance required for a particular tube diameter.

Um die Röhre zu greifen, wenn sie zwischen den Armen angeordnet ist, werden die Klemmfinger 52 durch einen gemeinsamen Antriebsmotor 68 am Träger nach nach innen geschwungen. Jeder Finger ist an seinem Drehzapfen 50 drehbar, z. B. durch eine Antriebskette 70, die um Kettenräder 72,74 läuft, die jeweils am Fingerdrehzapfen 50 und an einer Welle 76 befestigt sind, die auch ein Antriebsritzel 78 daran befestigt hat, wobei die Weile 76 mit dem Armdrehzapfen 47 konzentrisch ist. Ein Zwischenzahnrad 80 auf dem Träger 46 verbindet ein Antriebsritzel 82 auf dem Motor 68 direkt mit dem Antriebsritzel der Antriebskette. Ein weiteres Zahnrad 84 zwischen dem Zwischenrad 80 und dem Antriebsritzel der anderen Antriebskette dreht dieses zweite Antriebsritzel 78 in die entgegengesetzte Richtung, so daß die Finger 52 sich gemeinsam öffnen und schließen.To grip the tube when it is positioned between the arms, the clamping fingers 52 are swung inward by a common drive motor 68 on the carrier. Each finger is rotatable on its pivot 50, e.g. by a drive chain 70 which runs around sprockets 72,74 each attached to the finger pivot 50 and to a shaft 76 which also has a drive pinion 78 attached thereto, the shaft 76 being concentric with the arm pivot 47. An intermediate gear 80 on the carrier 46 connects a drive pinion 82 on the motor 68 directly to the drive pinion of the drive chain. Another gear 84 between the intermediate gear 80 and the drive pinion of the other drive chain rotates this second drive pinion 78 in the opposite direction so that the fingers 52 open and close together.

Die Achse des Drehrings 32 ist bezogen auf den Bohrturm 8 feststehend, so daß, während der Bohrturm an einer bestimmten Station arbeitet, die Verstärkungsunterlagen 20, die die Röhren enthalten, entlang jeder Reihe in den Betriebsbereich des Auslegers bewegt werden müssen. Für diesen Zweck ist jede der beiden Reihen aufeinandergestapelter Verstärkungsunterlagen mit einem Paar Beförderungsfahrgestelle 90 an gegenüberliegenden Seiten der Reihe versehen, wobei die Fahrgestelle mit Flansch versehene Räder 92 aufweisen, die auf den Schienen 6 auf der Oberseite der Basis 2 laufen. Die Fahrgestelle werden durch eine Druckhydraulikzufuhr von Rollen 94 angetrieben, die am Ende der Basis angeordnet sind und Druckfluid für Antriebsmotoren 96 des Fahrgestells und für (nicht gezeigte) Hebemotoren liefern, die Schraubenwinden 98 an gegenüberliegenden Endpfeilern 100 eines jeden Fahrgestells drehen, um Tragzapfen 102 zu heben und zu senken, die mit der Unterseite einer gewählten Verstärkungsunterlage in Eingriff gebracht werden können, um sie von ihrem Stapel auf eine Betriebshöhe zu heben. Die Stapel sind auf ein Niveau unter der Betriebshöhe beschränkt, so daß die Fahrgestelle eine hochgehobene Verstärkungsunterlage von jeder gewählten Position entlang einer Reihe von Verstärkungsunterlagen zum Ausleger transportieren können.The axis of the rotating ring 32 is fixed relative to the derrick 8 so that while the derrick is operating at a particular station, the reinforcement pads 20 containing the tubes must be moved along each row into the operating area of the boom. For this purpose, each of the two rows of stacked reinforcement pads is provided with a pair of transport carriages 90 on opposite sides of the row, the carriages having flanged wheels 92 which run on the rails 6 on the top of the base 2. The carriages are driven by a pressure hydraulic supply from rollers 94 which are at the end the base and supply pressurized fluid to chassis drive motors 96 and to hoist motors (not shown) which rotate screw jacks 98 on opposite end posts 100 of each chassis to raise and lower lifting pins 102 which can be engaged with the underside of a selected reinforcement pad to lift it from its stack to an operating height. The stacks are confined to a level below the operating height so that the chassis can transport a lifted reinforcement pad from any selected position along a row of reinforcement pads to the boom.

Innerhalb der Basis des Bohrturms befindet sich eine Spur 104, die sich von der Bohrachse weg vom Ausleger erstreckt. Die Spur trägt einen Kreuzwagen mit Schienen in rechten Winkeln zur Spur, auf dem ein Abhängegerät montiert ist. Ein Drehmomentschlüsselgerät ist auf dem Abhängegerät angeordnet und ist parallel zur Spur 104 verschiebbar. Die beiden Geräte tragen jeweils eine Reihe, z. B. drei alternative Einheiten für unterschiedliche Röhrendurchmesser, und die Abhängeeinheiten können auch austauschbare Reduzierhülsen aufweisen, um sie genauer an bestimmte Röhrendurchmesser anzupassen. Die Abhängeeinheiten können selbst herkömmliche Gestalt aufweisen und sind nicht einzeln dargestellt, und die Verschiebbarkeit der Drehmomentschlüsseinheiten ermöglicht es, daß sie koaxial mit den Abhängeeinheiten angeordnet werden.Within the base of the rig is a track 104 extending from the drilling axis away from the boom. The track carries a cross carriage with rails at right angles to the track on which a hanger is mounted. A torque wrench device is mounted on the hanger and is movable parallel to the track 104. The two devices each carry a row, e.g. three alternative units for different pipe diameters, and the hanger units may also have interchangeable reducing sleeves to more closely match particular pipe diameters. The hanger units may themselves be of conventional shape and are not shown individually, and the movable nature of the torque wrench units allows them to be arranged coaxially with the hanger units.

Innerhalb des Basisrahmens 28 ist ein Drehtisch 142 auf einer vertikalen Achse montiert, der alternative Bohrlochsicherungen 144 von herkömmlicher Konstruktion trägt. Durch das Drehen des Drehtisches kann eine gewählte Sicherung auf der Bohrachse angeordnet werden. Alternativ dazu können die Bohrlochsicherungen 144 auf einem (nicht gezeigten) linear verschiebbaren Wagen getragen werden, wie ohne jede weitere Veranschaulichung verstanden werden wird.Within the base frame 28, a turntable 142 is mounted on a vertical axis which supports alternative wellbore protectors 144 of conventional design. By rotating the turntable, a selected protector can be placed on the drilling axis. Alternatively, the wellbore protectors 144 can be supported on a linearly displaceable carriage (not shown), as will be understood without any further illustration.

Das Bohren wird durch ein Drehgelenk 150 mit Kraftantrieb durchgeführt, das vom Kopf des Bohrturms 8 hängt und durch eine Bohrwinde 152 an der Basis des Bohrturm gehoben und gesenkt wird. Eine weitere Beschreibung dieser Einheiten ist nicht erforderlich, da sie in gänzlich herkömmlicher Form vorliegen können. Andere in den Zeichnungen gezeigte herkömmliche Einheiten sind eine Schlammbehandlungsanlage 154 an der Basis angrenzend an den Bohrturm und getrennte Module 156, 158, 160, wobei das erste Ausrüstung zur Schlammlagerung, zum Mischen und Luftausgleichsbehälter umfaßt, das zweite mit Schlammpumpen und Luft- und Hydraulikkompressoranlage ausgestattet ist und das dritte mit Zementmisch-, -lager- und -pumpanlage ausgestattet ist.Drilling is accomplished by a power driven swivel 150 suspended from the head of the derrick 8 and raised and lowered by a drilling winch 152 at the base of the derrick. No further description of these units is necessary as they may be entirely conventional. Other conventional units shown in the drawings are a mud treatment plant 154 at the base adjacent to the derrick and separate modules 156, 158, 160, the first comprising slurry storage, mixing and air equalization tank equipment, the second being equipped with slurry pumps and air and hydraulic compressor equipment, and the third being equipped with cement mixing, storage and pumping equipment.

Die Form der Anlage ermöglicht es, daß sie auf eine Reihe von Arten wirtschaftlich verwendet wird, und ist besonders gut zur Bohrung an Land oder auf feststehenden Plattformen vor der Küste geeignet. Als ein Beispiel kann die Basis 2 eine aus einer Anzahl sein, die ständig an gewählten Bohrplätzen positioniert ist, und die verbleibende Ausrüstung kann zwischen diesen Plätzen herumbewegt werden, wie von den Arbeitsanforderungen vorgegeben. Die verschiedenen Einheiten werden, wenn sie zur Basis gebracht werden, bezogen auf die parallelen Schienen 6 in die richtige Anordnung gebracht, können aber dann durch herkömmliche Verschiebemethoden, die zum Bewegen schwerer Ladungen eingesetzt werden, entlang der Schienen verschoben werden. Die Verstärkungsunterlagen 20 werden einfach in ihren Reihen auf die Stützen 26 gelegt, wobei benachbarte Kanten der Reihen in Abhängigkeit von der Stelle, an der der Bohrturm 8 verwendet werden soll, in passender Position angeordnet werden.The shape of the rig enables it to be used economically in a number of ways and is particularly well suited to drilling on land or on fixed offshore platforms. As an example, the base 2 may be one of a number permanently positioned at selected drilling sites and the remaining equipment may be moved around between these sites as dictated by the work requirements. The various units are arranged in the correct arrangement relative to the parallel rails 6 when brought to the base but can then be moved along the rails by conventional sliding methods used for moving heavy loads. The reinforcing pads 20 are simply laid in their rows on the supports 26 with adjacent edges of the rows being arranged in appropriate positions depending on the location where the derrick 8 is to be used.

Im Verlauf der Bohrung werden die Fahrgestelle 90 der Stapel aus Bohrelement-Verstärkungsunterlagen so betrieben, daß jede Verstärkungsunterlage in den Bereich des Auslegers 30 gebracht wird, und dann, mit Bewegung in einer Reihe von Schritten, die Achse einer jeden Röhre auf die Auslegerdrehringachse ausgerichtet wird. (Nicht gezeigte) bekannte Steuerungsvorrichtungen, einschließlich elektronischer Datenverarbeitungseinrichtungen, gewährleisten, daß die Fahrgestelle eines jeden Paares sich um entsprechende Distanzen zueinander bewegen, so daß sie aufeinander ausgerichtet bleiben und in die erforderlichen Positionen entlang der Reihe gebracht werden, und weiters können derartige Steuerungsvorrichtungen die anderen Bewegungen der beschriebenen Vorrichtung in Gang setzen und sequentiell ordnen.As drilling progresses, the carriages 90 of the stacks of drill element backing pads are operated to bring each backing pad into the area of the boom 30 and then, moving in a series of steps, align the axis of each tube with the boom slewing ring axis. Known control devices (not shown), including electronic data processing means, ensure that the carriages of each pair move appropriate distances from each other so that they remain aligned and are brought into the required positions along the row, and further such control devices can initiate and sequence the other movements of the apparatus described.

Wenn die Fahrgestelle eine Verstärkungsunterlage zum Handhabungsausleger 30 gebracht haben, wird der Ausleger von seiner Mittelposition um 90º in die erforderliche Richtung gedreht, in der die Greifer 36 radial zur Bohrachse hin vorragen. Der Ausleger ist nun den horizontalen Bohrelementen zugewandt und wird mit ausgestreckten Greifern 36 um sein Zapfengelenk 38 gesenkt, um das Bohrelement zu ergreifen, das mit der Drehringachse ausgerichtet ist. Die Greifer werden dann zurückgezogen, um das Bohrelement hochzuheben. Während der Ausleger in die vertikale Position zurückgeschwenkt wird, befinden sich die Greifer nur in Reibungsschluß mit dem Bohrelement, und es kann auf ein Anordnungskissen 170 hinuntergleiten, das auf dem Ausleger montiert ist, so daß es unter die Greifer ragt. Wenn der Ausleger nun vertikal steht und die Greifer zurückgezogen sind, wird der Ausleger auf seinem Drehring gedreht, so daß die Röhre dem Bohrturm 8 zugewandt ist. Das Anordnungskissen ist wie die Greifer senkrecht zur Auslegerachse durch Hydraulik-Heber verschiebbar, und das Kissen und die Greifer werden gemeinsam ausgestreckt, um sich in die offene Seite des Bohrturms zu bewegen und dadurch die Röhre auf der Bohrachse anzuordnen. Dort wird die Röhre am Drehgelenk 150 mit Kraftantrieb befestigt, von dem es herunterhängt, wenn die Greifer gelöst werden und die Greifer und das Anordnungskissen gemeinsam zurückgezogen werden. Hier ist festzustellen, daß die Verwendung des Anordnungskissens als eine vorübergehende Stütze für die Röhren die Kraftanforderungen der Greifer begrenzt und das Risiko der Beschädigung der Röhren durch übermäßige Klemmkräfte verringert.When the carriages have brought a reinforcement pad to the handling boom 30, the boom is rotated from its central position by 90º in the required direction in which the grippers 36 project radially towards the drilling axis. The boom is now facing the horizontal drilling elements and is lowered about its pivot joint 38 with the grippers 36 extended to to grip the drilling element which is aligned with the rotary ring axis. The grippers are then retracted to lift the drilling element. As the boom is pivoted back to the vertical position, the grippers are only in frictional engagement with the drilling element and it can slide down onto a locating pad 170 mounted on the boom so that it projects below the grippers. With the boom now vertical and the grippers retracted, the boom is rotated on its rotary ring so that the tube faces the derrick 8. The locating pad, like the grippers, is slidable perpendicular to the boom axis by hydraulic jacks and the pad and grippers are extended together to move into the open side of the derrick and thereby locate the tube on the drilling axis. There the tube is attached to the power swivel 150 from which it hangs when the grippers are released and the grippers and locating pad are retracted together. It should be noted that the use of the arrangement pad as a temporary support for the tubes limits the force requirements of the grippers and reduces the risk of damage to the tubes due to excessive clamping forces.

Nachdem die Greifer und das Anordnungskissen vom Bohrturm zurückgezogen worden sind, senkt das Drehgelenk mit Kraftantrieb schließlich die Röhre zum bestehenden Bohrstrang hin, wo sie durch Betätigung entsprechender Abhängeund Drehmomentschlüsseleinheiten auf bekannte Art an den Bohrstrang gekoppelt werden kann. Während die Röhre am Bohrstrang befestigt wird, kehrt der Ausleger zurück, um eine weitere Röhre aufzunehmen, die in der Zwischenzeit mit seiner Drehachse ausgerichtet worden ist.Finally, after the grippers and locating pad have been withdrawn from the rig, the power swivel lowers the pipe to the existing drill string where it can be coupled to the drill string in a known manner by operating appropriate hanger and torque wrench units. While the pipe is being secured to the drill string, the boom returns to pick up another pipe which has in the meantime been aligned with its axis of rotation.

Die Bohrlochgehäuseabschnitte werden auf ähnliche Art gehandhabt, da sie aber einen wesentlich größeren Durchmesser haben können, können alternative Greifbacken erforderlich sein. Fig. 8 veranschaulicht eine alternative Konfiguration der Backen 176, die in diesem Beispiel für einen Abschnitt mit 30 Inch (750 mm) Durchmesser bestimmt sind, Arme 178 aufweisen, die eine starre, nicht einstellbare Einheit bilden, aber Klemmfinger 180 tragen, die auf ähnliche Art wie die bereits beschriebenen Finger 52 der Backen 44 arbeiten. Die Backen 44, 176 werden ganz einfach ausgewechselt, indem sie auf Röhren oder ähnlichen Stützen in Positionen montiert werden, in denen ihre Träger mit den Befestigungseinrichtungen auf dem Ausleger ausgerichtet werden und an diesen Einrichtungen befestigt werden können, wenn der Ausleger um sein Zapfengelenk 38 auf sie hintergeschwungen wird.The well casing sections are handled in a similar manner, but since they may be of a substantially larger diameter, alternative gripping jaws may be required. Fig. 8 illustrates an alternative configuration of the jaws 176, which in this example are for a 30 inch (750 mm) diameter section, have arms 178 which form a rigid, non-adjustable unit, but carry clamping fingers 180 which operate in a similar manner to the fingers 52 of the jaws 44 already described. The jaws 44, 176 are easily changed by mounting them on tubes or similar supports in positions where their supports can be aligned with the mounting devices on the boom and secured to those devices when the boom around its pivot joint 38 is swung back onto it.

Es versteht sich, daß das Zerlegen der Bohrstrangelemente und Auskleidungen durch einen analogen umgekehrten Vorgang durchgeführt werden kann, wobei der Handhabungsausleger verwendet wird, um die Röhren zu nehmen, wenn sie vom Drehmomentschlüsselgerät gelöst werden, und sie in Verstärkungsunterlagen zu geben, die dann wo gewünscht in ihrer Reihe aufgestapelt werden.It will be understood that disassembly of the drill string members and casings can be accomplished by an analogous reverse operation, using the handling boom to take the tubes as they are released from the torque wrench device and place them into reinforcement pads which are then stacked in their row where desired.

Ein Merkmal der beschriebenen Anlage besteht darin, daß alle Vorgänge des Einbauens oder Entfernens einer Röhre vorprogrammiert und automatisch auf Befehl von einer Betriebsperson durchgeführt werden können. Die Programmier- und Steuerungseinrichtungen können von Vorrichtungen und Techniken stammen, die Fachleuten wohlbekannt sind, und erfordern hier keine weitere detaillierte Ausführung.A feature of the system described is that all operations of installing or removing a tube can be pre-programmed and carried out automatically on command by an operator. The programming and control means can be derived from devices and techniques well known to those skilled in the art and do not require further detailed elaboration here.

Durch den Einsatz der Vorrichtung kann die Anbringung der Röhren effizient durchgeführt werden, wodurch die Aufgabe ihrer Montage und Demontage vereinfacht und so die für diese Aufgaben erforderliche Zeit minimiert werden kann. Die Möglichkeit, die Ausrüstung zwischen ähnlichen, relativ kostengünstigen Stützbasen an verschiedenen Plätzen zu bewegen, ermöglicht einen effizienteren Einsatz der Bohrausrüstung und ihrer Hilfsanlage, wodurch die Bohrkosten weiter verringert werden.The use of the device allows the installation of the tubes to be carried out efficiently, simplifying the task of assembling and disassembling them and thus minimizing the time required for these tasks. The ability to move the equipment between similar, relatively inexpensive support bases in different locations allows for more efficient use of the drilling equipment and its auxiliary equipment, further reducing drilling costs.

Claims

1. Apparatus for handling elongate tubular elements (22,24) for drilling a well and/or casing a well, comprising means for transporting successive elements from a generally horizontal position to a generally upright position for securing the elements to the drilling axis, the transporting means comprising an elongate arm (30) having means (38,38a) for pivoting between said generally horizontal and vertical positions, said arm carrying clamping means (36) for holding a single element (22,24), said clamping means (36) being supported so as to be slidable towards and away from the longitudinal axis of the arm, characterized in that the arm is on a pivot structure (32) for pivoting about an upwardly extending axis (32a), whereby when the arm is in a horizontal position, its clamping means (36) are extendable downwards to engage a tubular member beneath the arm, and the arm is rotatable to face the member towards the drilling axis when the arm is upright, so that the clamping means are extendable to advance the upright member towards the drilling axis (D) to connect it to another member on said axis.

2. Apparatus according to claim 1, wherein the transport arm (30) on said structure (32) is rotatable in opposite directions from the position into which the elongate tubular member (22,24) is brought to face the drilling axis (D), whereby the arm can lift members lying horizontally on either side of a central vertical plane through the drilling axis and said rotation axis (32a).

3. Device according to claim 1 or 2, wherein the transport arm (30) is provided with a bottom support (170) for supporting at least a major part of the weight of an element (22,24) held in the upright position by the clamping means (36).

4. Device according to claim 3, wherein the floor support (170) in connection with the said displacement of the clamping devices (36) against the longitudinal axis and away from it.

5. Device according to one of the preceding claims, wherein the

Clamping means (36) comprise a plurality of jaws (44 or 176), each jaw comprising a pair of gripping arms (48 or 178) projecting from a structure to define a space therebetween in which an elongate member (22,24) is received, and clamping fingers (52 or 180) hingedly mounted on the free ends of said arms to clamp the member against the gripping arms.

6. Apparatus according to claim 5, wherein adjustment means (56-66) are provided for moving the gripping arms (48) towards and away from each other to accommodate elements (22,24) of different diameters, the gripping arms being moved simultaneously in opposite directions by said means.

7. Device according to one of the preceding claims, wherein the arm (30) is mounted on said axis of rotation on a common base (28) with a drilling rig (8) so that it is displaceable as a unit with said drilling rig.